空心杆热洗清蜡工具的改进与应用

时间：2024-09-03

牛彩云，周志平，常莉静，甘庆明，石海霞，徐乐

(1长庆油田公司油气工艺研究院 2低渗透油气田勘探开发国家工程实验室 3长庆油田第六采油厂)

镇北油田是长庆油田开发的的主力油田之一，油井普遍存在结蜡现象，结蜡位置一般在井口以下100～500 m，结蜡厚度1～5 mm，严重结蜡井结蜡厚度超过10 mm，有的甚至堵塞整个油管。油井结蜡造成了抽油机的负荷增大，井口回压上升，严重时发生抽油杆断脱等事故，影响了检泵周期。

目前，镇北油田油井清蜡主要采用常规热洗清蜡、化学剂清蜡、机械清蜡等技术，其中常规热洗清蜡因其操作方便、成本低而被广泛应用，但缺点是耗费水资源、特别是低压油层，极易导致洗井液倒灌油层，影响油井产油量；同时，洗井后含水上升，部分油井含水恢复期超过10 d甚至更长[1]。为解决上述问题，研究了空心抽油杆热洗清蜡技术，并对关键工具进行了优化，在镇北油田开展了试验。

一、基本结构及工艺原理

1.结构

空心杆热洗装置主要由热洗三通、空心抽油杆、热洗单流阀及配套的光杆和光杆密封器等组成[2]，如图1所示。

2.工艺原理

空心杆热洗清蜡工艺是将一定长度的空心抽油杆及热洗单流阀下入油井结蜡深度以下50 m位置，下接实心抽油杆、泵等生产管柱。热洗时，生产井无需停井，热洗介质通过掺水立管、软管、悬接器、空心光杆注入空心杆内，经过热洗单流阀，从空心杆与油管环形空间随产出液进入地面管网[3]。整个热洗过程中，由于热洗介质仅在结蜡井段以上的油管内循环流动，不接触油层，避免了油层伤害[4]，同时，热洗介质的热传导作用加热融化杆管上的石蜡并被产液携带出来，完成清蜡。

图1 空心抽油杆热洗系统组成

二、关键工具优化

1.热洗单流阀改进

热洗阀[5-7]是空心杆热洗清蜡工艺的关键工具，安装在空心杆与实心杆联接处。常规热洗阀(见图2)由于过流截面积小，洗井过程中井液杂质易沉积在腔体内堵塞通道，造成开启压力高，难以洗通；同时部分油井结蜡点在造斜点以下，球阀在斜井中密封性较差，影响油井正常生产。针对上述问题，研制了新型热洗阀(见图3),球阀采用压缩弹簧支撑、扶正，流道由180°分布改为90°，增大了过流面积，缩短了过流通道，减少了液流阻力。这种设计即保证了低的开启压力(约1 MPa)，又保证了斜井中的密封性。

图2 常规热洗阀(红色箭头为洗井通道)

图3 新型热洗阀(红色箭头为洗井通道)

2.防喷盒改进

针对单密封盘根盒(见图4)现场漏油严重，使用时间短等问题，设计了空心光杆专用高压双级盘根盒(见图5)，同时加设石墨耐磨弹簧、扶正装置。改进后盘根盒更换无需放空，最大承压力25 MPa，目前盘根盒更换周期为100 d。

图4 单密封防喷盒

图5 双密封防喷盒

3.采用H级高强度空心杆

H级杆由于其力学性能较D级杆提高35%以上[8]，因此，在外径相同的情况下，用H级空心杆代替原来配套的D级空心杆，增加空心杆的强度，防止空心杆断脱等事故发生，H级杆与D级杆力学性能对比见表1。

表1 H级杆与D级杆力学性能对比

三、洗井参数确定

1. 热洗周期

热洗周期是按照理论标准和现场经验相结合进行确定。下面5个参数中，有任意3个参数超过平常指标标准就可以确定热洗周期。这5个参数分别是：①产液量下降10%以上；②上电流上升1．12倍以上；③沉没度上升100 m以上；④上载荷上升5%以上(未动管柱 )；⑤下载荷下降3%以下(未动管柱 )[9]。根据以上方法，确定出首次热洗周期为40 d，后期根据现场井况适时调整。

2. 热洗温度

洗井液温度主要根据蜡的熔点来确定，洗井时返出口温度高于蜡的熔点30%，蜡的组成碳数越高，返出口温度就应当定得高一些，而进出口温度差一般取40℃～45℃[10]。镇北油田蜡的熔点约为45℃，最高热洗进口温度：

T1=T2+ΔT=45×(1+30%)+40=98.5℃

(1)

式中：T1—热洗液体进口温度，℃；T2—热洗液体出口温度，℃；ΔT—进出口温度差，℃。

式(1)看出，热洗液进口温度保持在90℃～100℃即可满足清蜡要求。开始洗井时，温度不宜太高，防止大块蜡剥落，造成抽油系统被卡事故，要待循环正常后逐步提高温度。

3. 热洗液总量

热洗液总量要以清蜡彻底为依据，要保证有充分的熔蜡时间和排蜡时间。以500 m空心杆下入深度计算，其容积为小于2 m3。为保证热洗效果，采取循环3～4周的循环，用水量一般小于10 m3。热洗时备用10 m3水满足清蜡需求。

4. 洗井压力及排量

新型热洗阀开启压差在1 MPa，按500 m空心杆下深计算，不考虑井口回压，瞬间开启压力大于6 MPa。循环建立以后，2 MPa可以满足洗井要求，因此，选用最高泵压≤10 MPa活动热洗车，排量控制在4.5～5 m3/h即可。

四、典型井例及现场应用

1. 典型井例

孟71-72井是镇北油田一口严重结蜡井，日常清蜡以加药为主，每2 d投加30 kg加清蜡剂；常规热洗为辅，30 d热洗一次，连续生产170 d发生卡泵，起出油管后发现井口以下10根油管结蜡10 mm，10～60根油管软蜡堵实。2015年9月采用空心杆热洗清蜡技术，清蜡方式改变为热洗，不再加药，热洗周期40 d，目前已运行240 d，油井生产正常。图6为其中一次热洗前功图，最大载荷37.79 kN；图7为热洗后功图，最大载荷36.87 kN，载荷下降0.92 kN。

图6 热洗前油井示功图

从功图分析，热洗后载荷下降并不明显，一方面是因为空心杆每米重量较原井实心杆大，(Ø36 mm×5.5 mm空心杆重量为4.14 kg/m,所用Ø19 mm杆重量为2.3 kg/m)，按450 m计算，增加载荷8.11 kN；另一方面是空心杆热洗完毕后，热洗阀关闭，空心杆内余留热水未排出，也增加了载荷，计算剩余水载荷1.85 kN。

图7 热洗后油井示功图

2. 现场应用

镇北油田试验14口井，均为严重清蜡井。截至目前累计热洗206井次，平均热洗周期38 d。洗井液入口温度90℃～100℃，出口温度62℃～64℃；平均单井热洗时间约2 h，热洗用水约8～10 m3。与常规热洗相比，作业时间平均缩短了6 h，用水量节省60%以上，热洗效率较高。热洗结蜡周期较试验前延长了2倍，配套空心抽油杆热洗清蜡装置后降低了蜡卡作业井次，其中有4井次发生蜡卡后洗开。